Bộ truyền áp suất là một trong những bộ phận không ai nghĩ tới cho đến khi nó hỏng hóc vào thời điểm tồi tệ nhất có thể. Nó nằm lặng lẽ trên một khớp nối đường ống, nhập số vào bảng điều khiển và thực hiện công việc của mình trong nhiều năm - cho đến khi hiệu chuẩn kém hoặc màng ngăn bị ăn mòn khiến một quy trình rơi vào tình trạng ngừng hoạt động ngoài kế hoạch. Nếu bạn đang chỉ định một thiết bị cho một bản dựng mới, thay thế một thiết bị bị lỗi hoặc chỉ đang cố gắng tìm hiểu lý do tại sao báo giá bạn nhận được lại dao động từ 80 USD đến 600 USD cho một thiết bị trông giống như vậy thì hướng dẫn này nhằm trả lời các câu hỏi thực sự xuất hiện trong quá trình đó.
Chính xác thì máy phát áp suất là gì?
A máy phát áp lựcđo áp suất của chất lỏng, khí hoặc hơi nước và chuyển số đọc đó thành tín hiệu điện được tiêu chuẩn hóa - thường là 4-20mA, 0-10V hoặc giao thức kỹ thuật số như HART hoặc Modbus - mà hệ thống PLC, DCS hoặc SCADA có thể đọc trực tiếp. Tín hiệu là thứ khiến nó trở thành một "máy phát" chứ không chỉ là một cảm biến: nó được thiết kế để truyền dọc theo dây cáp, đôi khi hàng trăm mét mà không bị suy giảm chất lượng.
Máy phát áp suất so với đầu dò so với máy đo
Mọi người sử dụng ba thuật ngữ này một cách lỏng lẻo và trên RFQ có thể gây nhầm lẫn thực sự.
- Đồng hồ đo áp suất: hoàn toàn bằng cơ, chỉ đọc quay số cục bộ, không có tín hiệu điện.
- Bộ chuyển đổi áp suất: chuyển đổi áp suất thành giá trị điện, nhưng thường là tín hiệu thô, mức{0}}thấp (mV) vẫn cần khuếch đại bên ngoài.
- máy phát áp lực: có tính năng khuếch đại và điều hòa tín hiệu được tích hợp sẵn nên nó tạo ra tín hiệu rõ ràng, sẵn sàng-để{1}}sử dụng - mà khách hàng không cần thêm phần cứng.
Nếu hệ thống điều khiển của bạn cần ghi lại hoặc phản ứng với kết quả đọc, bạn cần có một máy phát. Nếu ai đó chỉ cần nhìn vào một con số trên bảng điều khiển thì thước đo sẽ rẻ hơn và đơn giản hơn.
Máy phát áp suất thực sự hoạt động như thế nào
Loại bỏ nhãn hiệu và biệt ngữ bảng dữ liệu, đồng thời mọi bộ truyền áp suất đều thực hiện ba việc giống nhau: cảm nhận một biến dạng vật lý nhỏ, chuyển đổi biến dạng đó thành giá trị điện và chuyển giá trị đó thành tín hiệu có thể sử dụng được.
Giai đoạn cảm nhận
Áp suất quy trình đẩy vào màng ngăn, thường thông qua bộ cách ly-đầy dầu để giữ cho chất lỏng quy trình thực tế không chạm vào thiết bị điện tử. Màng ngăn đó uốn cong - thường một phần milimet - và phần tử cảm biến tiếp nhận sự uốn cong đó dưới dạng sự thay đổi về điện trở, điện dung hoặc tần số cộng hưởng, tùy thuộc vào công nghệ cảm biến.
Giai đoạn điều hòa
Đầu ra thô từ cảm biến yếu, không{0}}tuyến tính và nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ. Các thiết bị điện tử bên trong khuếch đại nó, điều chỉnh độ lệch nhiệt độ, tuyến tính hóa đường cong và đưa ra tín hiệu tiêu chuẩn. Đây cũng là nơi mà hầu hết sự khác biệt về giá giữa bộ phát $90 và bộ phát $400 thực sự không nằm ở bản thân cảm biến mà ở mức độ hiệu quả của các thiết bị điện tử bù đắp cho nhiệt độ và độ lệch dài hạn-.
Tại sao 4-20mA trở thành mặc định
Một máy phát đọc thanh 0 sẽ xuất ra 4mA, không phải 0mA. Đó là cố ý. Nếu dòng điện vòng lặp giảm xuống 0, hệ thống điều khiển sẽ biết ngay rằng có đứt dây hoặc bộ truyền phát chết thay vì nhầm nó với điều kiện áp suất bằng 0 thực sự. Đó là một lựa chọn thiết kế nhỏ, nhưng đó là lý do 4-20mA vẫn tồn tại trong môi trường công nghiệp trong nhiều thập kỷ mặc dù đã có sẵn các lựa chọn thay thế kỹ thuật số mới hơn.
Một ví dụ nhanh
Lấy máy phát có định mức 0-16 bar trên đường xả của máy bơm. Khi ở trạng thái nghỉ, áp suất ở mức 0 bar và vòng lặp ghi 4mA. Khi máy bơm đang chạy và áp suất đường ống tăng lên 8 bar - một nửa nhịp định mức -, tín hiệu sẽ tăng tỷ lệ thuận với 12mA. Ở áp suất toàn thang đo của máy phát là 16 bar, vòng lặp đạt 20mA. PLC chuyển đổi dòng điện đó thành bar hoặc psi và có thể kích hoạt cảnh báo ngay khi nó vượt qua ngưỡng đã đặt.
Các công nghệ cảm biến chính
Piezoresistive (Máy đo biến dạng)
Công việc của ngành công nghiệp. Máy đo biến dạng được liên kết hoặc khuếch tán lên màng silicon hoặc kim loại theo bố cục cầu Wheatstone. Việc uốn cong màng ngăn sẽ làm thay đổi điện trở của đồng hồ đo và làm mất cân bằng cầu, tạo ra điện áp tỷ lệ với áp suất. Nó không tốn kém, bền về mặt cơ học và có phạm vi hoạt động rất lớn - từ vài milibar cho đến hàng nghìn bar -, đó là lý do tại sao nó xuất hiện trong phần lớn các ứng dụng công nghiệp nói chung.
điện dung
Cơ hoành ở đây tạo thành một tấm tụ điện, với áp suất thay đổi khe hở thành một tấm tham chiếu cố định. Cảm biến điện dung được biết đến với khả năng duy trì hiệu chuẩn tốt theo thời gian, vì vậy chúng có xu hướng xuất hiện trong các ứng dụng có độ lệch tốn kém để điều chỉnh - phép đo chênh lệch lưu lượng áp suất và mức bể là hai loại phổ biến nhất.
Silicon cộng hưởng
Một phần tử silicon được gia công vi mô-rung động ở một tần số đã đặt và áp suất tác dụng sẽ thay đổi tần số đó theo cách có thể đo được với độ chính xác rất cao. Những máy phát này có giá cao hơn nhưng chúng là sự lựa chọn khi ứng dụng thực sự không thể chấp nhận được việc đo chuyển giao quyền giám sát trôi dạt - chẳng hạn, trong đó một lỗi đo nhỏ sẽ chuyển trực tiếp thành tiền.
Áp điện (Chỉ áp suất động)
Các phần tử áp điện tạo ra điện tích khi bị căng, nhưng điện tích đó sẽ hao mòn theo thời gian, vì vậy chúng không thể giữ được số đọc tĩnh ổn định. Chúng không được sử dụng để giám sát quy trình hàng ngày - chúng được thiết kế để ghi lại các sự kiện áp suất nhanh như xung đốt cháy hoặc sốc thủy lực, trong đó tốc độ phản hồi quan trọng hơn độ chính xác tĩnh.
Một ví dụ thực tế đáng biết
Dây chuyền đóng gói chạy vòng lặp CIP (sạch-tại chỗ) đã gặp phải các cảnh báo áp suất không liên tục không khớp với những gì người vận hành nhìn thấy trên đồng hồ đo cơ học bên cạnh máy phát. Bản thân máy phát đã được kiểm tra tốt trên băng ghế. Nguyên nhân thực sự hóa ra là do không khí bị kẹt trong đường xung cấp nguồn cho cảm biến - một sự cố phổ biến, nhàm chán khiến người ta thường xuyên nhầm lẫn với một thiết bị bị lỗi hơn bình thường. Sau khi đường dây được xả và nạp lại, các kết quả đo khớp nhau và cảnh báo dừng lại. Đó là lời nhắc nhở rằng máy phát chỉ chính xác khi được lắp đặt; cảm biến hiếm khi đáng bị đổ lỗi.
Thông số kỹ thuật thực sự quan trọng khi so sánh báo giá
Hai máy phát có thể trông gần giống nhau trên giấy tờ nhưng vẫn hoạt động rất khác nhau sau khi được lắp đặt. Trước khi ký vào đơn đặt hàng, hãy kiểm tra:
- Sự chính xác- được tính dưới dạng phần trăm của thang đo đầy đủ (±0,1% FS, ±0,25% FS, v.v.). Mua độ chính xác cao hơn yêu cầu của quy trình chỉ làm tăng chi phí mà không mang lại lợi ích gì.
- Đánh giá phạm vi và quá áp- áp suất làm việc của bạn phải ở mức thoải mái trong khoảng định mức, có đủ biên độ để tồn tại khi có những đột biến không thường xuyên.
- Tín hiệu đầu ra- 4-20mA vẫn là mặc định; HART, Modbus RTU hoặc Profibus PA đáng phải trả thêm chi phí nếu bạn cần tính năng chẩn đoán-tích hợp sẵn.
- Vật liệu ướt- 316Thép không gỉ loại L được sử dụng phổ biến nhất; phương tiện ăn mòn hoặc có độ tinh khiết cao-có thể yêu cầu Hastelloy, Monel hoặc tantalum.
- Quá trình kết nối- loại và kích thước luồng cần phải khớp chính xác với các phụ kiện hiện có; đây là lỗi đặt hàng phổ biến nhất.
- Bảo vệ xâm nhập và phân loại khu vực- IP65/IP67 cho hầu hết các cài đặt công nghiệp; Xếp hạng ATEX, IECEx hoặc mức độ an toàn nội tại cho các khu vực nguy hiểm.
Nơi người mua thường gặp khó khăn
Sai lầm lớn nhất không phải là chọn sai công nghệ cảm biến mà là so sánh các báo giá hoàn toàn dựa trên giá mà không kiểm tra xem các đơn vị có thực sự là táo-với-táo hay không. Một máy phát được báo giá ở mức giá chỉ bằng một phần nhỏ so với giá của đối thủ cạnh tranh thường thiếu một số thứ: không có chứng nhận hiệu chuẩn, không bù nhiệt độ trên toàn phạm vi hoặc vật liệu bị ướt không chịu được chất lỏng xử lý thực tế. Khoảng cách đó thường không xuất hiện cho đến vài tháng đưa vào sử dụng, đến thời điểm đó, chi phí cho một lần hỏng hóc và một lần thay thế thay thế sẽ vượt xa số tiền đã được lưu trong đơn đặt hàng ban đầu.
Bạn nên yêu cầu trực tiếp chứng chỉ hiệu chuẩn (ISO 17025 hoặc khả năng truy xuất nguồn gốc tương đương), phạm vi bù nhiệt độ thực tế - không chỉ phạm vi hoạt động - và xác nhận khả năng tương thích của vật liệu ướt với phương tiện cụ thể của bạn chứ không chỉ là biểu đồ kháng hóa chất chung.
Ứng dụng điển hình
- Điều khiển bơm nước và nước thải -, mực nước trong bể thông qua áp suất thủy tĩnh
- Giám sát đường ống dẫn dầu, khí đốt và hóa dầu -, kiểm soát quá trình đầu giếng và nhà máy lọc dầu
- HVAC và tự động hóa tòa nhà - áp suất máy làm lạnh, áp suất tĩnh ống dẫn
- Thiết bị truyền vệ sinh thực phẩm và đồ uống - cho hệ thống CIP và tàu chế biến
- Thủy lực và khí nén - thiết bị di động, bàn thử nghiệm, ép phun
- Áp suất nước cấp nồi hơi và áp suất hơi nước phát điện -
Thói quen cài đặt đáng áp dụng
- Xả dòng xung trước khi vận hành để tránh không khí bị mắc kẹt làm ảnh hưởng đến chỉ số áp suất chất lỏng
- -kiểm tra kỹ hướng lắp đặt trên các đơn vị áp suất chênh lệch - nó ảnh hưởng đến độ lệch
- Ghép vật liệu phốt và miếng đệm với chất lỏng xử lý, không chỉ với những gì đã có trên kệ
- Hiệu chỉnh lại theo lịch trình thay vì chờ kết quả hiển thị "không chính xác"
- Không bao giờ để quá độ khởi động vượt quá giới hạn quá áp định mức, thậm chí trong thời gian ngắn, hư hỏng màng ngăn - do tăng vọt thường là vĩnh viễn ngay cả khi hoạt động bình thường vẫn nằm trong phạm vi
Câu hỏi thường gặp
Máy phát áp suất có thể đo chân không?
Có, nếu nó được xếp hạng cho phạm vi hỗn hợp bao gồm áp suất âm - khoảng từ -1 đến 5 bar. Không phải model nào cũng hỗ trợ điều này, vì vậy nó cần được xác nhận trên bảng dữ liệu trước khi đặt hàng.
Bao lâu thì nên hiệu chuẩn lại máy phát áp suất?
Hàng năm là đường cơ sở chung cho hầu hết các vòng lặp công nghiệp, mặc dù các ứng dụng chuyển giao-quan trọng hoặc giám sát{1}}an toàn có thể yêu cầu khoảng thời gian ngắn hơn. Các loại cảm biến có độ ổn định cao-đôi khi có thể kéo dài khoảng thời gian đó nhưng cần được xác minh theo quy trình cụ thể và mọi yêu cầu quy định chứ không phải giả định.
Sự khác biệt giữa các máy phát áp suất đo, tuyệt đối và chênh lệch là gì?
Áp suất đo được đo tương đối với áp suất khí quyển và là loại phổ biến nhất được sử dụng chung. Áp suất tuyệt đối được đo tương đối với chân không hoàn toàn. Áp suất chênh lệch đo lường sự khác biệt giữa hai điểm riêng biệt và được sử dụng rộng rãi để đo lưu lượng và mực thủy tĩnh trong bể.
Có phải giá cao hơn luôn có nghĩa là độ chính xác tốt hơn?
Không. Giá phản ánh các chứng chỉ, chất lượng xây dựng, thương hiệu và thời gian sản xuất cũng như phản ánh độ chính xác. Hoàn toàn có khả năng một bộ phát có mức giá trung bình-có thể hoạt động tốt hơn một bộ phát có thương hiệu-cao cấp về độ ổn định-trong thế giới thực-- con số về độ chính xác của bảng dữ liệu là một chỉ báo tốt hơn so với thẻ giá.
suy nghĩ cuối cùng
Bộ truyền áp suất là một phần cứng nhỏ thực hiện công việc mà vòng điều khiển hoặc khóa liên động an toàn phụ thuộc vào. Hiểu những gì đang thực sự xảy ra bên trong nó - phần tử cảm biến, thiết bị điện tử điều hòa, đầu ra được tiêu chuẩn hóa - giúp việc đọc biểu dữ liệu một cách có phê phán và đặt câu hỏi hay hơn trước khi đơn đặt hàng được thực hiện dễ dàng hơn nhiều thay vì chỉ chọn giá. Khi có nghi ngờ, việc gửi phương tiện xử lý, phạm vi áp suất và các chứng chỉ cần thiết cho nhà cung cấp thường là đủ để nhận được đề xuất về cảm biến phù hợp mà không cần phải-qua-quay lại nhiều.
Tài liệu tham khảo
- Hiệp hội Tự động hóa Quốc tế (ISA) -Thuật ngữ thiết bị đo lường quy trình, ISA-51.1
- Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST) - nguyên tắc cơ bản về đo áp suất, nist.gov
- Chỉ thị ATEX 2014/34/EU - Thiết bị sử dụng trong môi trường có khả năng gây nổ
- IEC 60529 - Cấp độ bảo vệ được cung cấp bởi vỏ bọc (Mã IP)
- ISO/IEC 17025 - Yêu cầu chung về năng lực của phòng thử nghiệm và hiệu chuẩn
